变压器主要是利用电磁感应原理来变换交流电压、电流和阻抗的器件。在讲变压器原理之前需要先了解一下右手定则。
当给一个线圈通电以后,这个线圈就会产生磁场,磁场的方向可以用右手定则判定。
右手定则:伸开右手握住通电螺线管(线圈),四指顺着电流方向,那么大拇指指的就是磁场方向。
通电螺线管磁场大小和螺线管的匝数、密度、电流大小,有无铁心有关。当螺线管是空心时,由于空气导磁率很低,所以基本被阻挡了。但是当螺线管放入铁心时,由于铁心的导磁率很高,所以磁场会大几千倍。
原理图如下所示:
变压器就是在一个铁心的两侧各套一个线圈,其中接电源的线圈叫初级线圈也叫一次绕组;接负载的线圈叫次级线圈,也叫二次绕组。
具体工作原理:
当给一次线圈通入交流电以后,一次线圈中的交变电流会产生变化磁通。由于铁芯的导磁率远大于空气的磁导率,所以一次线圈产生的绝大部分交变磁通被束缚在铁心中并沿铁心流动。
然而二次线圈和一次线圈套是在同一个铁心上,所以一次线圈产生的交变磁通会穿过二次线圈。根据互感原理,交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势,其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比。绕组匝数多的一侧电压高,绕组匝数少的一侧电压低。
互感:两个相邻放置的线圈,一个线圈产生的变化磁通穿过了另外一个线圈,会在该线圈中产生感应电动势。
当变压器二次侧不接负载时,一二次端电压与一二次绕组匝数成正比,U1÷U2=N1÷N2。由于初级与次级频率保持一致,从而实现电压的升高和降低。
从理论上讲,变压器它只是把电压和电流升高和降低,并不能提高和降低功率,所以变压器输入和输出功率是相等的。如果输入电压高于输出电压,那么输入电流必定小于输出电流;如果输入电压低于输出电压,那么输入电流必定高于输出电流。
但是实际上变压器也是有损耗的,分别铜损和铁损。铜损就是电流通过变压器线圈,线圈会发热损耗电压。铁损分为两部分,一个是“磁滞损耗”,一个是“涡流损耗”。
“磁滞损耗”是铁芯在磁化过程中,由于磁滞现象而产生的铁损,这种损耗与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。硅钢的磁滞回线狭小,用它做变压器的铁芯磁滞损耗较小,可使其发热程度大大减小。
“涡流损耗”是指变压器工作时,线圈产生的交变磁通会在铁芯中产生感应电动势。而铁心是导体、并形成了闭合回路,所以感应电动势会在铁心内产生像漩涡一样的电流,把这个叫作叫涡流。涡流同样使铁芯发热,消耗电能。
为了提高变压器利用率,变压器铁心采用导磁率非常好的硅钢片制成。为了减少变压器涡流损耗,变压器的铁芯用一般选用0.35mm厚硅钢片涂有绝缘漆叠加而成。同时,硅钢中的硅使材料的电阻率增大,也起到减小涡流的作用。
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